Post on 08-Feb-2022
12 Ekstraksi dan Stripping Uranium ...
Jurnal Forum Nuklir (JFN) Volume 10, Nomor 1, Mei 2016
EKSTRAKSI DAN STRIPPING URANIUM
HASIL PELARUTAN TOTAL MONASIT BANGKA
Noor Anis Kundari 1, Riesna Prassanti 2, Giezzella 3
1) STTN-BATAN, Yogyakarta, Indonesia, nooranis@batan.go.id
2) PTBGN-BATAN, Jakarta Selatan, Indonesia, riesna@batan.go.id
3) STTN-BATAN, Yogyakarta, Indonesia, 011100287giezzella@gmail.com
ABSTRAK
EKSTRAKSI DAN STRIPPING URANIUM HASIL PELARUTAN TOTAL MONASIT BANGKA.
Penelitian pengolahan monasit di PTBGN-BATAN telah berhasil memisahkan logam tanah jarang dari unsur
radioaktif dengan kemurnian yang tinggi, namun menghasilkan limbah berupa campuran logam tanah jarang,
uranium, torium, dan unsur lain yang tidak terambil. Proses pengolahan limbah dapat dilakukan dengan
memisahkan uranium terlebih dulu dengan metode ekstraksi menggunakan trioktil amin. Dalam penelitian ini
dilakukan ekstraksi uranium dengan trioktil amina dan stripping uranium dengan H2SO4 untuk menentukan
nilai koefisien distribusi (Kd) U, Th, LTJ2O3, dan PO4. Nilai Kd yang diperoleh digunakan untuk menentukan
jumlah tingkat ekstraksi-stripping yang dibutuhkan untuk mengambil 95% uranium dari limbah umpan,
dengan ekstraksi dan stripping dari kondisi yang telah diperoleh. Nilai Kd dihitung berdasarkan persamaan
Nernst, sedangkan jumlah stage ekstraksi-stripping dihitung berdasarkan nilai Kd uranium dengan metode
McCabe Thiele. Penelitian ini menghasilkan nilai Kd pada ekstraksi dengan komposisi ekstraktan
TOA:Kerosen:isodekanol = 5:92:3 adalah U = 3,42; Th = 0,02; LTJ2O3 = 0,07; dan PO4 = 0,10. Kd pada
stripping uranium menggunakan H2SO4 3 M adalah U = 0,13 dan Th = 2,21. Berdasarkan nilai Kd ini, jumlah
tingkat teoretis ekstraksi dan stripping untuk memperoleh uranium sebanyak 95% adalah 7 tingkat ekstraksi
pada A/O = 2 dan 6 tingkat stripping pada A/O = 1/5.
Kata kunci: ekstraksi-stripping, uranium, penentuan jumlah stage, pelarutan total monasit Bangka
ABSTRACT
URANIUM EXTRACTION AND STRIPPING FROM TOTAL DISOLUTION OF BANGKA MONAZITE.
Monazite processing research in PTBGN-BATAN has succeeded in separating the rare earth metals of
radioactive elements with high purity, but produced waste in the form of a mixture of rare earth metals,
uranium, thorium, and other elements that were not recovered. Waste treatment process has been carried out
by first separating uranium from others by using extraction method with trioctyl amine. In this research, the
extraction of uranium with trioctyl amines and stripping uranium with H2SO4 was done to determine the
value of the distribution coefficient (Kd) of U, Th, LTJ2O3, and PO4, and to determine the number of
extraction-stripping stages required to take 95% of uranium from the waste feed, to the extraction and
stripping of the conditions that had been obtained. Kd was calculated based on the Nernst equation, then the
number of theoretical stage of extraction stripping was calculated based on the value of Kd U with McCabe
Thiele method. This research resulted in Kd values on extraction with extractant ratio
TOA:kerosene:isodekanol = 5:92:3 is U = 3.42; Th = 0.02; LTJ2O3 = 0.07; and PO4 = 0.10. Kd on uranium
stripping using H2SO4 3 M is U = 0.013 and Th = 2.21. Based on this Kd value specified number of
theoretical stages of extraction and stripping to obtain uranium as much as 95%,based on calculation, the
number of stages of extraction is 7 stage for comparison A/O = 2 and 6 stage stripping at A/O = 1/5.
Keywords: extraction-stripping, uranium, number of stages calculation, total dissolution of Bangka monazite
Jurnal Forum Nuklir (JFN) Volume 10, Nomor 1, Mei 2016
Noor Anis Kundari dkk. 13
PENDAHULUAN
Penelitian pengolahan monasit di PTBGN-
BATAN telah berhasil memisahkan logam
tanah jarang dari unsur radioaktif dengan
kemurnian tinggi, namun menghasilkan limbah
berupa campuran logam tanah jarang (LTJ),
uranium (U), torium (Th), dan unsur lain yang
tidak terambil. Proses pengolahan limbah dapat
dilakukan dengan memisahkan uranium
terlebih dulu dengan metode ekstraksi
menggunakan trioktil amin.
Hasil penelitian sebelumnya menunjukkan
bahwa kondisi optimum ekstraksi, yaitu pada
pH umpan 1,5, dengan perbandingan O/A = 5
dan waktu ekstraksi 5 menit, 100% U dapat
terekstrak, tetapi Th juga ikut terekstrak
sebesar 32,44%. [1]
Untuk keperluan perancangan unit
ekstraksi diperlukan nilai koefisien distribusi
(Kd). Nilai ini dipengaruhi oleh jenis
ekstraktan, komposisi, dan suhu. Dalam
penelitian ini dilakukan variasi konsentrasi
ekstraktan dan konsentrasi stripper dalam
proses ekstraksi-stripping untuk menentukan
koefisien distribusi pada setiap variasi
komposisi ekstraktan dan koefisien distribusi
stripping pada setiap variasi konsentrasi
stripper. Berdasarkan nilai koefisien distribusi
dapat ditentukan jumlah stage yang dibutuhkan
untuk memperoleh uranium dengan recovery
95%. Penelitian ini perlu dilakukan karena
minimnya data koefisien distribusi untuk
ekstraksi uranium, dan beberapa data koefisien
distribusi yang ditemui sulit untuk dijadikan
data perancangan karena informasi yang
ditampilkan kurang lengkap.
TEORI
Pengolahan Monasit Bangka
Pengolahan monasit di PTBGN-BATAN
dimaksudkan untuk mendapatkan uranium.
Proses ini terdiri atas beberapa tahapan, yaitu
dekomposisi pasir monasit, pelarutan parsial,
pengendapan U dan Th, pelarutan total,
ekstraksi-stripping, dan pengendapan U.
Dekomposisi pasir monasit dengan NaOH
bertujuan untuk memecah struktur ikatan
monasit dan memisahkan fosfat melalui proses
pemisahan padat cair [2]. Pelarutan parsial
dengan HCl pada pH 3,7 bertujuan untuk
melarutkan logam tanah jarang sebanyak
mungkin, namun U dan Th terlarut seminimal
mungkin [3]. Pengendapan dengan NH4OH
pada pH 6,3 bertujuan untuk mengendapkan
uranium dan torium sebanyak-banyaknya.
Endapan dari proses pengendapan NH4OH
dilarutkan dengan H2SO4 pekat, kemudian
digunakan sebagai umpan ekstraksi. Pelarutan
menggunakan H2SO4 ini merupakan pelarutan
total yang berfungsi melarutkan semua
endapan.
Ekstraksi Stripping Uranium
Ekstraksi uranium adalah proses pemisahan
uranium dari campuran larutan oleh suatu
pelarut organik yang tidak saling melarutkan.
Selama proses ekstraksi, uranium akan
terdistribusi di antara dua pelarut (fase organik
dan fase cair) sesuai hukum distribusi Nernst.
[4]
Uranium dalam larutan dapat berbentuk
senyawa kompleks netral, anion, maupun
kation. Berdasarkan hal tersebut, pelarut
organik dibagi menjadi 3 (tiga) kategori.
Kategori pertama adalah eter, trialkil fosfat,
dan trialkil fosfin oksida yang mengekstrak
kompleks netral; kategori kedua adalah alkil
amin yang mengekstrak kompleks anion, dan
kategori ketiga adalah alkyl orthophosporic
acid dan alkyl pyro-phosporic acid yang
mengekstrak kation. [5]
Uranium maupun torium terlarut dalam
asam sulfat membentuk kompleks anion, yaitu
UO2(SO4)34- atau UO2(SO4)3
2-, dan Th(SO4)32-.
Uranil sulfat terekstrak sangat baik dengan
jenis amina, sedangkan torium sulfat tidak
banyak terekstrak. Torium sulfat lebih baik
diekstrak dengan jenis amina primer [6].
Koefisien distribusi (Kd) unsur dalam amina
tersier adalah uranium 140, torium <0,03, dan
cerium <0,01 [7]. Berdasarkan nilai Kd ini,
diketahui bahwa nilai Kd U memiliki
perbedaan cukup jauh daripada Kd Th dan Kd
Ce sehingga amina tersier cukup selektif
terhadap uranium.
Ekstraksi uranium juga dapat dilakukan
menggunakan TBP dalam suasana asam nitrat.
Pada 30% TBP dalam kerosen, nilai Kd U =
2,030 dan Kd Th = 4,936 [8]. Berdasarkan nilai
tersebut, dapat diketahui bahwa Kd U dan Th
memiliki nilai yang cukup dekat sehingga
apabila dilakukan ekstraksi dengan TBP pada
suasana asam nitrat maka U dan Th akan lebih
sulit dipisahkan.
Proses ekstraksi selalu diikuti dengan
stripping. Stripping bertujuan untuk
mengambil kembali uranium dari fase organik
ke fase air. Beberapa hal yang berpengaruh
Jurnal Forum Nuklir (JFN) Volume 10, Nomor 1, Mei 2016
14 Ekstraksi dan Stripping Uranium ...
dalam proses stripping adalah jenis stripper,
konsentrasi stripper, suhu, perbandingan O/A,
dan waktu stripping.
Morais, dkk. (2005) meneliti efek
konsentrasi H2SO4 pada stripping uranium
pada kisaran 2,0-5,0 mol/l. Dalam kisaran ini
efisiensi stripping uranium meningkat dari
24% menjadi 75%, menunjukkan bahwa
stripping uranium dari alamina 336
menggunakan H2SO4 harus dilakukan dalam
konsentrasi asam yang tinggi. Hasil yang
diperoleh menunjukkan bahwa koefisien
distribusi uranium berkurang secara signifikan
ketika konsentrasi H2SO4 lebih dari 3,5 mol/l.
Penelitian ini menggunakan variasi waktu
kontak antarfase antara 3 dan 10 menit.
Berdasarkan pengamatan, diketahui bahwa 5
menit sudah cukup untuk mencapai
keseimbangan logam antara fase [9].
Koefisien distribusi pada proses ekstraksi
dan stripping dapat ditentukan berdasarkan
rumus berikut.
Koefisien Distribusi = ๐พ๐๐๐ .๐ข๐๐ ๐ข๐ ๐๐๐ ๐๐๐๐๐๐๐๐พ๐๐๐ .๐ข๐๐ ๐ข๐ ๐๐๐ ๐๐๐ข๐๐๐ข๐
(1)
Penentuan Jumlah Stage
Penentuan jumlah stage dapat dilakukan
dengan metode grafik McCabe Thiele.
Penentuan dengan metode ini dapat dilakukan
menggunakan grafik keseimbangan dan garis
operasi yang diplotkan pada grafik konsentrasi
solute dalam rafinat (X) dan konsentrasi solute
dalam ekstrak (Y). Grafik keseimbangan dapat
dibuat apabila memiliki nilai koefisien
distribusi ataupun nilai koefisien partisi yang
didapatkan dari percobaan, sedangkan garis
operasi dapat dibuat dengan menghubungkan
dua koordinat, yaitu titik P(XF,Y1) dan
Q(Xn,Yn+1(=Ys)). Contoh grafik kesetimbangan
dan garis operasi dapat dapat dilihat pada
Gambar 1.
Gambar 1. Kurva Kesetimbangan dan Garis Operasi
Jumlah stage ditentukan dengan menarik
garis dari titik Q ke arah vertikal sampai
bersinggungan dengan kurva kesetimbangan,
kemudian ditarik secara horizontal sampai
mengenai garis operasi. Begitu seterusnya
sampai pada puncak titik P. Banyaknya siku
yang menyinggung kurva kesetimbangan
merupakan jumlah stage secara teoretis [10].
BAHAN DAN ALAT
Bahan
1. Bahan yang digunakan dalam penelitian
ini adalah umpan ekstraksi yang dibuat
dari monasit Bangka, NaOH, HCl, H2SO4,
NH4OH, kertas saring, dan akuades.
Ekstraktan yang digunakan adalah trioktil
amin, isodekanol, dan kerosen, dengan
beberapa perbandingan.
2. Umpan ekstraksi dibuat dari monasit
Bangka, NaOH, HCl, H2SO4, NH4OH,
kertas saring, dan akuades.
3. Trioktil amin, isodekanol, dan kerosen
digunakan sebagai ekstraktan pada proses
ekstraksi.
4. H2SO4 digunakan sebagai stripper pada
proses stripping.
Alat
1. Alat yang digunakan pada saat proses
adalah: gelas ukur, gelas beker, pengaduk
magnetik, corong, corong pemisah, pipet
Jurnal Forum Nuklir (JFN) Volume 10, Nomor 1, Mei 2016
Noor Anis Kundari dkk. 15
tetes, mikropipet, timbangan analitik, labu
ukur, bulb pipet, stopwatch, hot plate, pH
meter, termometer, buret, dan pompa
vakum.
2. Alat yang digunakan untuk analisis adalah:
spektrofotometer UV-Vis, timbangan
analitik, pH meter, dan furnace.
LANGKAH KERJA
Ekstraksi Uranium
Menentukan waktu setimbang. Larutan (U, Th,
LTJ) sulfat dan ekstraktan dimasukkan ke
dalam gelas beker dengan perbandingan O/A =
1, pH umpan 1,5, dan perbandingan ekstraktan
TOA:Kerosen:isodekanol = 5:92:3. Larutan
diekstraksi dengan variasi waktu 5, 10, 25, 45,
dan 60 menit, kemudian dibiarkan terpisah
selama 17 jam. Fase organik dan fase cair
dipisahkan, kemudian fase cair dianalisis.
Waktu setimbang digunakan sebagai waktu
ekstraksi pada proses berikutnya.
Menentukan Kd berdasarkan variasi
perbandingan konsentrasi ekstraktan. Larutan
(U, Th, LTJ) sulfat dan ekstraktan dimasukkan
ke dalam gelas beker dengan perbandingan
O/A=1, pH umpan 1,5, dan variasi
perbandingan ekstraktan
TOA:kerosen:isodekanol = 3:94:3; 4:93:3;
5:92:3; 6:91:3; 7:90:3; 5:95:0; 5:93:2; 5:91:4;
dan 5:90:5. Ekstraksi dilakukan sesuai dengan
waktu setimbang, kemudian dilakukan
pemisahan dengan corong pemisah. Fase
organik dan fase cair yang telah dipisahkan
kemudian dianalisis.
Stripping Uranium
Menentukan waktu setimbang. Fase organik
hasil ekstraksi pada pH 1,5 dan A/O = 1/5
dengan perbandingan TOA:kerosen:isodekanol
= 5:92:3 di-stripping dengan H2SO4 pada
perbandingan A/O = 1 dan konsentrasi H2SO4
2,5 M. Stripping dilakukan dengan variasi
waktu 5, 10, 25, 45, dan 60 menit, kemudian
dibiarkan selama 16 jam. Fase organik dan fase
cair dipisahkan, kemudian fase cair dianalisis.
Waktu setimbang digunakan sebagai waktu
stripping pada proses berikutnya.
Menentukan Kd berdasarkan variasi
konsentrasi stripper. Fase organik hasil
ekstraksi di-stripping dengan H2SO4 pada
perbandingan A/O = 1 dan variasi konsentrasi
H2SO4 1,5 M, 2 M, 2,5 M, 3 M, dan 3,5 M.
Stripping dilakukan sesuai dengan waktu
setimbang yang telah ditentukan. Fase organik
dan fase cair dipisahkan, kemudian fase cair
dianalisis.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Nilai Kd Ekstraksi dan Stripping
Kd unsur pada proses ekstraksi maupun
stripping dapat dihitung apabila ekstraksi
maupun stripping yang dilakukan telah
mencapai kesetimbangan. Oleh karena itu,
dilakukan penentuan waktu setimbang terlebih
dulu dengan variasi waktu pengadukan,
kemudian dibiarkan terpisah selama waktu
tertentu. Waktu pemisahan untuk ekstraksi
adalah selama 17 jam dan untuk stripping
adalah 16 jam.
Gambar 2. Pengaruh Waktu Pengadukan Terhadap Massa Terekstrak pada Proses Ekstraksi
Jurnal Forum Nuklir (JFN) Volume 10, Nomor 1, Mei 2016
16 Ekstraksi dan Stripping Uranium ...
Gambar 3. Pengaruh Waktu Pengadukan Terhadap Massa Terekstrak pada Proses Stripping
Berdasarkan Gambar 2 dan Gambar 3,
dapat ditentukan waktu setimbang untuk
ekstraksi adalah pengadukan selama 10 menit
kemudian dibiarkan terpisah selama 17 jam
dan waktu setimbang stripping adalah
pengadukan selama 5 menit dan dibiarkan
terpisah selama 16 jam. Setiap variasi pada
ekstraksi maupun stripping dilakukan pada
waktu setimbang. Berdasarkan percobaan
diperoleh nilai Kd pada ekstraksi dan stripping
seperti ditampilkan pada Tabel 1, Tabel 2, dan
Tabel 3.
Tabel 1 dan Tabel 2 digunakan sebagai
data untuk mengetahui pengaruh komposisi
ekstraktan terhadap Kd uranium. Adapun Tabel
3 digunakan sebagai data untuk mengetahui
pengaruh konsentrasi stripper terhadap Kd
uranium.
Tabel 1. Kd pada Ekstraksi Variasi TOA*
Tabel 2. Kd pada Ekstraksi Variasi Isodekanol*
Tabel 3. Kd pada Stripping Variasi Konsentrasi
Stripper
Pengaruh Perbandingan Konsentrasi
Ekstraktan Terhadap Kd Uranium
Ekstraktan yang digunakan dalam proses
ekstraksi adalah trioktil amin (TOA) dalam
kerosen yang dimodifikasi dengan isodekanol.
Pengaruh perbandingan antara TOA, kerosen,
dan isodekanol dalam ekstraktan terhadap
koefisien distribusi uranium diteliti dengan
memvariasikan volume TOA dan volume
isodekanol. Pada variasi volume TOA,
isodekanol disamakan. Sementara pada variasi
volume isodekanol, volume TOA disamakan.
Volume kerosen mengikuti volume TOA dan
isodekanol dengan jumlah perbandingan
volume TOA:kerosen:isodekanol harus 100%.
Data koefisien distribusi dibuat menjadi grafik
yang ditunjukkan pada Gambar 4.
Jurnal Forum Nuklir (JFN) Volume 10, Nomor 1, Mei 2016
Noor Anis Kundari dkk. 17
Gambar 4. Hubungan Perbandingan Ekstraktan (Variasi Konsentrasi TOA) dengan Kd U, Th, LTJ2O3, dan
PO4 (A/O = 1, pH Umpan 1,5)
Berdasarkan Gambar 4 dapat diketahui
bahwa Kd uranium semakin meningkat dengan
bertambahnya konsentrasi TOA dalam
campuran. Ini menunjukkan bahwa konsentrasi
TOA dalam campuran ekstraktan sangat
berpengaruh terhadap kemampuan ekstraktan
untuk mengekstrak uranium. Ritcey (2006)
menyebutkan bahwa TOA yang digunakan
pada sebagian besar ekstraksi uranium adalah
antara 3-5% volume atau sekitar 0,05 M
sampai 0,1 M sudah cukup untuk mengekstrak
uranium [11].
Gambar 4 juga memperlihatkan bahwa Kd
Th dan PO4 meningkat seiring dengan
bertambahnya konsentrasi TOA. Hal ini
menunjukkan bahwa penambahan konsentrasi
TOA pada ekstraksi dari larutan asam sulfat
menggunakan TOA juga dapat meningkatkan
jumlah Th dan PO4 yang terekstrak di fase
organik. Meskipun demikian, peningkatan nilai
Kd keduanya cukup rendah. Peningkatan
persentase volume TOA dari 3% menjadi 5%
volume menyebabkan nilai Kd LTJ2O3
mengalami sedikit kenaikan, kemudian turun
pada penambahan 6% volume TOA. Perubahan
nilai Kd Th, LTJ2O3, dan PO4 cukup kecil
sehingga penambahan persentase volume TOA
tidak terlalu mempengaruhi nilai Kd ketiga
unsur tersebut.
Berdasarkan Gambar 4 juga diketahui
bahwa terdapat perbedaan yang jauh antara
nilai Kd U dengan Th, LTJ2O3, dan PO4. Hal
ini menunjukkan bahwa TOA selektif terhadap
uranium. Namun apabila konsentrasi Th,
LTJ2O3, dan PO4 dalam umpan jauh lebih besar
daripada konsentrasi U maka pemisahan cukup
sulit dilakukan. Berdasarkan nilai Kd ketiga
unsur tersebut dapat dihitung kandungan Th,
LTJ2O3, dan PO4 (pengotor) yang keluar dari
proses.
Pengaruh persentase volume isodekanol
pada perbandingan ekstraktan ditampilkan
dalam Gambar 5.
Gambar 5. Hubungan Perbandingan Ekstraktan (Variasi % Volume Isodekanol) Terhadap Kd U, Th,
LTJ2O3, dan PO4 (A/O = 1, pH Umpan 1,5)
Jurnal Forum Nuklir (JFN) Volume 10, Nomor 1, Mei 2016
18 Ekstraksi dan Stripping Uranium ...
Penambahan alkil alkohol cukup efektif
untuk membantu mengurangi terbentuknya
emulsi. Isodekanol dengan 2-5% volume biasa
digunakan sebagai modifier untuk ekstraksi
uranium dengan amin tersier. Berdasarkan
Gambar 5 diketahui bahwa Kd uranium
meningkat pada penambahan 2% volume
isodekanol, yaitu dari 3,13 menjadi 5,06,
namun mengalami penurunan pada
penambahan 3%, 4%, dan 5% volume
isodekanol, seperti yang telah dikatakan oleh
Coleman, dkk. (1958) bahwa kehadiran
isodekanol bisa meningkatkan uranium yang
terekstak sampai batas tertentu [12]. Hal ini
disebutkan juga oleh Crouse & Brown (1959),
yang mengatakan bahwa efisiensi ekstraksi
akan berkurang apabila ke dalam ekstraktan
ditambahkan sejumlah besar alkohol rantai
panjang seperti isodekanol, namun
penambahan 2-5% volume biasanya hanya
menyebabkan penurunan yang kecil [9].
Gambar 5 menunjukkan bahwa nilai Kd
LTJ2O3 dan PO4 mengalami penurunan dengan
bertambahnya persentase volume isodekanol
dalam ekstraktan. Berbeda dengan Kd Th yang
mengalami peningkatan dengan bertambahnya
persentase volume isodekanol. Berdasarkan
nilai Kd ketiga unsur tersebut, dapat dihitung
kandungan Th, LTJ2O3, dan PO4 (pengotor)
yang keluar dari proses.
Berdasarkan Gambar 4 dan Gambar 5,
dapat diketahui bahwa pada 5% volume TOA,
nilai Kd U dengan penambahan 2% volume
isodekanol (Kd = 5,06) lebih besar daripada
nilai Kd U pada penambahan 3% volume
isodekanol (Kd = 3,42). Sementara nilai Kd U
pada penambahan 6% volume TOA dengan 3%
volume isodekanol (Kd = 6,41) memiliki
perbedaan yang cukup rendah dengan nilai Kd
U pada 5% volume TOA dengan penambahan
2% volume isodekanol (Kd = 5,06). Dengan
demikian, dapat dikatakan bahwa ekstraksi
uranium dengan menggunakan ekstraktan
TOA:kerosen:isodekanol baik digunakan pada
penambahan 5% volume TOA dan 2% volume
isodekanol atau pada perbandingan
TOA:kerosen:isodekanol = 5:93:2. Meskipun
demikian, penggunaan ekstraktan juga harus
memperhatikan kekentalan TOA dalam
ekstraktan. Apabila penambahan persentase
isodekanol terlalu kecil maka kekentalan TOA
dalam ekstraktan akan lebih besar dan dapat
memperbesar kemungkinan terjadinya emulsi
yang tidak diharapkan.
Pengaruh Konsentrasi Stripper Terhadap
Kd Uranium
Pada penelitian ini, stripping dilakukan dari
ekstraktan TOA:kerosen:isodekanol = 5:92:3
dengan H2SO4 sebagai stripper. Koefisien
distribusi stripping yang sebelumnya telah
ditampilkan pada Tabel 3 dibuat menjadi
Grafik yang ditunjukkan pada Gambar 6.
Dari Gambar 6 dapat diketahui bahwa
pada stripping uranium menggunakan H2SO4
nilai Kd U menurun dari konsentrasi 0 sampai
dengan 3 M, kemudian mengalami peningkatan
pada konsentrasi H2SO4 3,5 M. Nilai Kd Th
juga mengalami penurunan pada konsentrasi
H2SO4 0 sampai dengan 1,5 M, kemudian
mengalami peningkatan. Hal ini menunjukkan
bahwa uranium akan lebih banyak terambil
pada konsentrasi stripper yang tinggi
(keasaman tinggi), namun ada batasan tingkat
keasaman atau konsentrasi stripper yang baik
dalam stripping uranium, dalam hal ini pada
konsentrasi 3 M. Berdasarkan penjelasan
Gambar 6, torium akan banyak terambil pada
konsentrasi asam yang rendah. Pada
konsentrasi stripper yang tinggi (keasaman
tinggi) torium akan lebih stabil dalam fase
organik sehingga kelarutannya dalam stripper
cukup rendah. Hal ini dikarenakan ekstraksi
torium baik dilakukan pada keasaman tinggi
sehingga untuk mengembalikan torium ke fase
cair harus pada konsentrasi asam rendah.
Nilai Kd Th pada konsentrasi H2SO4 0
sampai dengan 1,5 M lebih kecil daripada nilai
Kd U, sedangkan pada konsentrasi H2SO4 2 M
sampai dengan 3 M diketahui bahwa nilai Kd
U lebih kecil daripada nilai Kd Th. Hal ini
menunjukkan, apabila konsentrasi U dan Th
dalam umpan sama maka pada rentang
konsentrasi H2SO4 0 sampai 1,5 M Th akan
lebih banyak terambil daripada U, sedangkan
pada konsentrasi H2SO4 2 M sampai 3 M,
uranium akan terambil lebih banyak.
Perbedaan nilai Kd yang cukup signifikan
antara Th dan U terdapat pada konsentrasi
H2SO4 3 M (nilai Kd U = 0,13 dan nilai Kd Th
= 2,21). Pada konsentrasi ini, nilai Kd U lebih
kecil daripada Kd Th sehingga jika kandungan
U dan Th dalam umpan sama, uranium akan
lebih banyak terambil. Perbedaan nilai yang
sangat signifikan juga terdapat pada
konsentrasi H2SO4 nol (dalam hal ini stripper
yang digunakan adalah aquabidest). Pada
konsentasi nol, nilai Kd Th = 4,87 dan U =
79,45. Pada keadaan ini, nilai Kd U jauh lebih
Jurnal Forum Nuklir (JFN) Volume 10, Nomor 1, Mei 2016
Noor Anis Kundari dkk. 19
besar daripada nilai Kd Th sehingga Th yang
terambil akan lebih banyak daripada U.
Berdasarkan penjelasan di atas dapat diketahui
bahwa stripping uranium dari ekstraktan
TOA:kerosen:isodekanol (5:92:3) baik
dilakukan pada konsentrasi H2SO4 3M,
sedangkan stripping untuk mendapatkan
torium baik dilakukan menggunakan
aquabidest (konsentrasi H2SO4 nol). Pada
proses ekstraksi dan stripping, dapat
dipertimbangkan untuk melakukan
penambahan tahap scrubbing menggunakan
aquabidest terlebih dulu untuk mengurangi
kandungan Th dalam fase organik, kemudian
fase organik di-stripping menggunakan H2SO4
3 M untuk mengambil uranium.
Gambar 6. Hubungan Konsentrasi Stripper dengan Kd U dan Kd Th
Jumlah Stage Ekstraksi dan Stripping
Kandungan unsur yang masuk ke dalam
ekstraksi adalah U = 1700 mg/l; Th = 46 g/l;
LTJ2O3 = 90,38 g/l; PO4 = 42,64 mg/l. Untuk
mendapatkan recovery 95% uranium,
dilakukan perhitungan recovery pada ekstraksi
dan stripping. Berdasarkan perhitungan,
recovery yang ingin dicapai pada ekstraksi
adalah 99% dan pada stripping adalah 96%
sehingga diperoleh recovery uranium 95%.
Jumlah stage yang dibutuhkan untuk
memperoleh recovery tersebut dihitung
berdasarkan nilai Kd ekstraksi pada
perbandingan TOA:kerosen:isodekanol 5:92:3
(Kd U = 3,42) dan nilai Kd stripping pada
konsentrasi H2SO4 3 M (Kd U = 0,13)
menggunakan metode McCabe Thiele
berdasarkan konsentrasi.
Jumlah stage teoretis untuk proses
ekstraksi dihitung untuk variasi perbandingan
volume cairan umpan yang masuk dan volume
ekstraktan (A/O) = 1 dan 2. Jumlah stage untuk
A/O = 1 ditunjukkan pada Gambar 7,
sedangkan jumlah stage untuk A/O = 2
ditunjukkan pada Gambar 8.
Jurnal Forum Nuklir (JFN) Volume 10, Nomor 1, Mei 2016
20 Ekstraksi dan Stripping Uranium ...
Gambar 7. Kurva Kesetimbangan dan Garis Operasi pada Ekstraksi dengan A/O = 1
Berdasarkan Gambar 7 dan Gambar 8
dapat diketahui bahwa stage yang dibutuhkan
pada ekstraksi dengan perbandingan A/O = 1
adalah sebanyak 4 stage, sedangkan jumlah
stage yang dibutuhkan pada perbandingan A/O
= 2 adalah sebanyak 7 stage. Perbandingan
A/O mempengaruhi konsentrasi yang keluar
dari proses ekstraksi. Semakin tinggi
perbandingan A/O pada saat ekstraksi maka
konsentrasi uranium dalam fase organik
menjadi semakin tinggi. Konsentrasi fase
organik yang terlalu tinggi dapat menyebabkan
efisiensi proses stripping berkurang.
Berdasarkan nilai Kd dan jumlah stage yang
terdapat pada pembahasan sebelumnya,
kandungan pengotor yang keluar dari proses
ekstraksi dapat dihitung. Berdasarkan
perhitungan diperoleh kandungan pengotor
dalam ekstraktan yang keluar dari proses,
seperti ditampilkan pada Tabel 4.
Jurnal Forum Nuklir (JFN) Volume 10, Nomor 1, Mei 2016
Noor Anis Kundari dkk. 21
Gambar 8. Kurva Kesetimbangan dan Garis Operasi pada Ekstraksi Dengan A/O = 2
Tabel 4. Kandungan Uranium dan Pengotor pada
Hasil Ekstraksi
A/O Stage
Kandungan Unsur
U (mg/l)
Th (g/l)
LTJ2O3 (g/l)
PO4 (mg/l)
umpan - 1700 46 90,38 42,64
1 4 1683 1,06 5,85 4,139
2 7 3366 1,08 5,82 4,142
Berdasarkan Tabel 4 dapat diketahui
bahwa konsentrasi pengotor yang ikut
terekstrak berkurang dari konsentrasi awal di
umpan ekstraksi. Hal ini menunjukkan bahwa
ekstraksi cukup baik untuk mengurangi
pengotor yang terekstrak. Meskipun begitu,
konsentrasi Th dan LTJ2O3 dalam fase
terekstrak masih lebih tinggi daripada
konsentrasi uranium. Hal ini disebabkan oleh
konsentrasi Th dan LTJ2O3 di umpan yang jauh
lebih besar daripada konsentrasi uranium di
umpan.
Berdasarkan Tabel 4 juga dapat diketahui
bahwa konsentrasi uranium dalam organik
pada perbandingan A/O = 2 adalah dua kali
lipat konsentrasi uranium pada perbandingan
A/O = 1, sedangkan pengotor yang terdapat
dalam organik pada perbandingan A/O = 1 dan
A/O = 2 hampir mendekati sama sehingga
ekstraksi dengan A/O = 2 lebih menguntung-
kan. Selain itu, ekstraksi dengan perbandingan
A/O = 2 dapat mengurangi pemakaian organik
menjadi setengah dari pemakaian organik pada
perbandingan A/O = 1.
Setelah menghitung jumlah stage
ekstraksi, dilakukan penentuan jumlah stage
stripping. Umpan yang masuk ke proses
stripping merupakan organik hasil ekstraksi
dengan perbandingan A/O = 2. Konsentrasi U,
Jurnal Forum Nuklir (JFN) Volume 10, Nomor 1, Mei 2016
22 Ekstraksi dan Stripping Uranium ...
Th, LTJ2O3, dan PO4 yang masuk ke proses
stripping telah ditampilkan dalam Tabel 4.
Perhitungan jumlah stage teoretis pada proses
stripping dilakukan untuk perbandingan A/O =
1, 1/2, dan 1/5. Grafik perhitungan jumlah
stage stripping pada masing-masing
perbandingan A/O secara berurutan
ditampilkan pada Gambar 9, Gambar 10, dan
Gambar 11.
Gambar 9. Kurva Kesetimbangan dan Garis Operasi pada Stripping A/O = 1
Jurnal Forum Nuklir (JFN) Volume 10, Nomor 1, Mei 2016
Noor Anis Kundari dkk. 23
Gambar 10. Kurva Kesetimbangan dan Garis Operasi pada Stripping A/O = ยฝ
Berdasarkan Gambar 9, Gambar 10, dan
Gambar 11 dapat diketahui bahwa jumlah
stage teoretis yang dibutuhkan pada stripping
dengan perbandingan A/O = 1 adalah 2 stage,
perbandingan A/O = 1/2 adalah 3 stage, dan
perbandingan A/O = 1/5 adalah 6 stage. Pada
proses stripping, semakin kecil perbandingan
A/O maka konsentrasi uranium dalam larutan
stripper akan semakin tinggi sehingga akan
memudahkan proses selanjutnya, yaitu proses
pengendapan. Pada penentuan jumlah stage ini
dipilih stage ekstraksi dengan perbandingan
A/O = 2, yaitu 7 stage dan stage stripping
dengan perbandingan A/O = 1/5, yaitu 6 stage.
Pemilihan ini dilakukan berdasarkan
konsentrasi uranium yang keluar dari proses
stripping pada perbandingan A/O = 1/5
menjadi lebih tinggi sehingga akan
memudahkan proses pengendapan.
Jurnal Forum Nuklir (JFN) Volume 10, Nomor 1, Mei 2016
24 Ekstraksi dan Stripping Uranium ...
Gambar 11. Kurva Kesetimbangan dan Garis Operasi pada Stripping A/O = 1/5
KESIMPULAN
Peningkatan jumlah TOA pada perbandingan
ekstraktan (TOA:kerosen:isodekanol) menye-
babkan peningkatan nilai Kd uranium dan
peningkatan hingga 2% volume isodekanol
juga menyebabkan peningkatan Kd uranium,
kemudian turun perlahan. Ekstraksi uranium
baik dilakukan pada perbandingan ekstraktan
5:93:2.
1. Peningkatan konsentrasi stripper sampai
dengan konsentrasi H2SO4 3 M
menyebabkan kenaikan nilai Kd
uranium, namun setelah konsentrasi
H2SO4 3M nilai Kd uranium kembali
turun. Stripping torium baik dilakukan
pada konsentrasi H2SO4 3 M.
2. Nilai koefisien distribusi pada ekstraksi
dengan perbandingan ekstraktan
(TOA:kerosen:isodekanol = 5:92:3)
adalah: U = 3,42; Th = 0,02; LTJ2O3 =
0,07; dan PO4 = 0,10. Nilai Kd pada
stripping uranium dari ekstraktan
tersebut, dengan menggunakan H2SO4 3
M adalah U = 0,13 dan Th = 2,21.
3. Jumlah stage ekstraksi-stripping yang di-
butuhkan untuk memperoleh recovery
95% dengan ekstraksi menggunakan eks-
traktan TOA:kerosen:isodekanol= 5:92:3
dan stripper H2SO4 3 M adalah 7 stage
ekstraksi pada perbandingan A/O= 2 dan
6 stage stripping pada perbandingan A/O
= 1/5.
Jurnal Forum Nuklir (JFN) Volume 10, Nomor 1, Mei 2016
Noor Anis Kundari dkk. 25
DAFTAR PUSTAKA
1. Trinopiawan, K., R. Prassanti, Sumarni,
& R. Pudjianto, 2012. โPemisahan U
dari Th pada Monasit dengan Metode
Ekstraksi Pelarut Alamine.โ dalam:
Seminar Geologi Nuklir dan Sumber
Daya Tambang PPGN-BATAN. Jakarta.
2. Nuri, H.L., Prayitno, A. Jami, & M.
Pancoko, 2014. โKebutuhan Desain
Awal pada Pilot Plant Pengolahan
Monasit Menjadi Thorium Oksida
(ThO2).โ dalam: Eksplorium, Vol. 35,
No.2, November, hal. 131โ141.
3. Cuthbert, F., 1958. Thorium Production
Technology. USA: Addison Wesley
Publishing Company, Inc.
4. Basset, J., R. Denny, G. Jeffrey & J.
Mendham, 1994. Buku Ajar Vogel Kimia
Analisis Kuantitatif Anorganik. Jakarta:
Penerbit Buku Kedokteran EGC.
5. Clegg, J. W. & D.D. Foley, 1958.
Uranium Ore Processing. USA:
Addisson Wesley Publishing Company,
Inc.
6. Benedict, M. & T.H. Pigford, 1957.
Nuclear Chemical Engineering. New
York Toronto London: McGraw-Hill
Book Company, Inc.
7. Crouse, D. & K. Brown, 1959. Recovery
of Thorium, Uranium, and Rare Earths
from Monazite Sulfat Leach Liquors by
the Amine Extraction (Amex) Process.
Oak Ridge National Laboratory-Union
Carbide Nuclear Company.
8. Setyadji, M. & E. Susiantini, 2002.
โPengaruh Prosen TBP dan
Perbandingan Umpan dan Pelarut pada
Ekstraksi Uranium-Thorium Proses
Thorex.โ dalam: Prosiding Pertemuan
dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar
Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir
P3TM-BATAN. Yogyakarta.
9. Morais, C., L. Gomiero, W. Filho & J.
Rangel, 2005. โUranium Stripping from
Tertiary Amine by Sulfuric Acid
Solution and Its Precipitation as
Uranium Peroxide. in: Minerals
Engineering, Vol. 18 Issues 13-14, hal.
1331โ1333.
10. Warade, A., R. Gaikwad, R. Sapkal & V.
Sapkal, 2011. โSimulation of Multistage
Countercurrent Liquid-Liquid Extrac-
tion.โ in: Leonardo Journal of Science,
hal. 79โ94.
11. Ritcey, G., 2006. Solvent Extraction-
Principles and Applications to Process
Metallurgy. Canada: G.M. Ritcey &
Associates Incorporated.
12. Coleman, C., K. Brown, J. Moore & D.
Crouse, 1958. Solvent Extraction with
Alkyl Amine. International Mining:
Focus on Uranium, hal. 1756โ1762.